Het verhaal speelt zich af rond de Matrix, een wereld binnen een wereld, een wereldwijde hallucinatie, de representatie van elke byte aan data in de cyberspace. Henry Dorsett Case is een datadief die hierin actief is, de beste die er maar was. Tot wraakzuchtige voormalig medewerkers zijn zenuwstelsel lam legden. Een mysterieuze opdrachtgever huurt hem in voor een laatste opdracht, waarbij Case te maken krijgt met een ondenkbaar krachtige kunstmatige intelligentie die rond de Aarde zweeft.
Neuromancer is al tot een graphic novel, een videogame, radiostuk en een audioboek vermaakt. Er zijn al meerdere pogingen gedaan er een film van te maken, maar geen daarvan slaagde tot nu toe.